簡(jiǎn)論解決物理問(wèn)題的模型思維方法
畢業(yè)論文是教學(xué)科研過(guò)程的一個(gè)環(huán)節，也是學(xué)業(yè)成績(jì)考核和評定的一種重要方式。畢業(yè)論文的目的在于總結學(xué)生在校期間的學(xué)習成果，培養學(xué)生具有綜合地創(chuàng )造性地運用所學(xué)的全部專(zhuān)業(yè)知識和技能解決較為復雜問(wèn)題的能力并使他們受到科學(xué)研究的基本訓練。
論文摘要 物理模型思維在中學(xué)的研究和學(xué)習中是物理學(xué)習、分析處理和解決物理問(wèn)題的思維方法。通過(guò)簡(jiǎn)化和純化研究對象及其所處的狀態(tài)和發(fā)展變化的過(guò)程，大大的方便了對物理問(wèn)題的處理。在許多實(shí)際的物理問(wèn)題中，有些研究對象以及它們所處的狀態(tài)和發(fā)展變化的過(guò)程都比較接近物理模型，更拓寬了物理模型的應用范圍。
論文關(guān)鍵詞 物理問(wèn)題 模型思維 模型分類(lèi) 模型轉換
高中階段學(xué)生解決問(wèn)題存在的困難就在于不能隨著(zhù)物理情景的變化而建立恰當的物理模型，從而尋找適合的物理規律。學(xué)生由于思維定勢，拿到實(shí)際題目后不能從審題中確定準確的物理圖景，建立恰當的物理模型，而是想當然的和以往的題目做比較，熟悉的就套公式，不熟悉的就無(wú)從下手，長(cháng)期就導致學(xué)生學(xué)習物理沒(méi)有興趣，不知來(lái)龍去脈，更談不上從解題過(guò)程中鞏固基礎知識，培養各種思維能力的目的。因此在高中物理教學(xué)中一定要重視物理模型思維方法的培養。
一、模型的分類(lèi)
物理模型是一個(gè)理想化的形式，可以從不同的角度有不同的區別，為了便于理解和應用，根據中學(xué)物理教學(xué)和教學(xué)功能模型的特點(diǎn)，可以分為三類(lèi)：對象模型，條件模型，過(guò)程模型。
(一)對象模型
在具體的物質(zhì)組成的地方使用，被稱(chēng)為代表實(shí)體對象系統的對象模型。這種類(lèi)型的模型是最常見(jiàn)的，在高中物理中剛體、杠桿，輕彈簧，質(zhì)子、單擺、彈簧振子、分子模型，絕緣材料、黑體、理想導體、絕緣體、理想電表、純電阻、無(wú)限長(cháng)螺線(xiàn)管，薄透鏡原子的核結構模型等。
(二)過(guò)程模型
具體的物理過(guò)程理想化，抽象的純物理過(guò)程，被稱(chēng)為過(guò)程模型。事情的性質(zhì)發(fā)生變化的各種路徑是極其復雜的，在物理學(xué)的研究，不可能面面俱到。主要是區分其主要因素和次要因素，然后忽略次要因素，在運動(dòng)的過(guò)程中獲得變化結果，以便只留下的主要因素。理想的模型，如勻速直線(xiàn)運動(dòng)，勻變速直線(xiàn)運動(dòng)等運動(dòng)過(guò)程，都是以突出某一方面的主要特點(diǎn)，忽略一些二次加工后的過(guò)程而抽象成為理想的過(guò)程。這些都是一個(gè)過(guò)程模型。
(三)狀態(tài)模型(也稱(chēng)為有條件的模型)
研究的外部條件是處于理想狀態(tài)中，排除在外部條件的次要因素的干擾是研究運動(dòng)的本質(zhì)特征，突出的外部條件，是我們之所以建立物理模型的最重要因素。因此而建立的模型被稱(chēng)為狀態(tài)模型。如光滑平面，燈桿，燈繩，均勻介質(zhì)，均勻的電場(chǎng)，等等，都屬于有條件的模型。有條件的模型的建立，是為了簡(jiǎn)化問(wèn)題的復雜性，從而在一種理想的運動(dòng)狀態(tài)中得出它的運動(dòng)模式。
在教學(xué)中根據中學(xué)物理中的大量實(shí)際問(wèn)題的諸多特點(diǎn)而建立的上述三種模式，事實(shí)上，在相同的物理問(wèn)題，往往需要創(chuàng )建多個(gè)模型，多種模型往往利用集成的物理問(wèn)題的研究不可分離的模型，我們不能僅僅滿(mǎn)足對知識的學(xué)習，應基于物理的思維方式，注意方法的滲透，自覺(jué)學(xué)習，注意加強意識的模型，選擇適當的模式來(lái)解決物理問(wèn)題。
二、模式轉型
理想的模式是不僅物理學(xué)賴(lài)以建立的基本思路，而且在解決實(shí)際問(wèn)題的重要途徑和方法用于物理。物理模型是有限的，但客觀(guān)事物是無(wú)限的，尤其是高中物理教學(xué)，由于學(xué)生所學(xué)的物理知識和數學(xué)能力的限制，約束，許多物理模型不能直接抽象為學(xué)生熟悉與模型。這就需要我們引導學(xué)生某些類(lèi)型的操作，他們是熟悉另外一個(gè)陌生的模型的替代模型，只要在該模型的前提下，同樣的效果轉換，往往使問(wèn)題變得更簡(jiǎn)單，更具體，更生動(dòng)，更容易掌握。
(一)變換研究對象進(jìn)行模型轉換
一個(gè)物理問(wèn)題中總會(huì )涉及到很多物體，解決問(wèn)題時(shí)首先應明確研究對象，根據題目的要求選擇恰當的研究對象對于解題過(guò)程是否順利起著(zhù)決定性的作用。有時(shí)研究對象選單個(gè)物體，有時(shí)選多個(gè)相互作用的物體組成的系統，還有時(shí)在同一個(gè)問(wèn)題中須根據研究過(guò)程情景的變化靈活變換研究對象來(lái)解決問(wèn)題。
(二)認真分析運動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模型轉換
一個(gè)物理問(wèn)題的解決，很重要的方面是物理過(guò)程和物理狀態(tài)的分析，只有深刻透析過(guò)程中的物理性質(zhì)的分析，可以發(fā)現其所按照規律，以便選擇適當的物理公式，解決未知的參數和未知量，以達到解決問(wèn)題的目的。
(三)恰當選擇參考系進(jìn)行模型轉換可達事半功倍的效果
在研究物體的運動(dòng)之前必須首先選定參考系，習慣上大家都選相對于地面不動(dòng)的物體為參考系。但是，有時(shí)這樣選擇后卻使得問(wèn)題特別復雜而難以解決。因此為了研究的方便，也可以視問(wèn)題的具體情況巧妙的選用其他物體做參考系(如兩車(chē)的追及問(wèn)題、同時(shí)開(kāi)始的自由落體問(wèn)題等)，從而可簡(jiǎn)化求解過(guò)程。
(四)利用等效思維轉換模型
物理等效思維意味著(zhù)從同等效力的研究和學(xué)習的物理現象和物理過(guò)程的思維方式之間的事情，并分析物理問(wèn)題和運用解決物理問(wèn)題的思維形式。使用物理問(wèn)題簡(jiǎn)化為相當于實(shí)際復雜的物理現象和物理過(guò)程或物理問(wèn)題的思維，并轉換為等效的理想和簡(jiǎn)單的物理現象，物理過(guò)程或物理問(wèn)題來(lái)研究和處理。
(五)適當運用逆向思維建立模型，化繁為簡(jiǎn)，提高解題能力
逆向思維是一種與傳統的、邏輯的或群體的思維方向完全相反的思維方式。它善于從相反的角度、不同的立場(chǎng)、不同的側面去思考問(wèn)題，當某一思路受阻時(shí)，能夠迅速轉移到另一思路，從而使問(wèn)題得到順利的解決。例如，法拉第在“電能生磁”的基礎上進(jìn)行逆向思維，萌發(fā)了“磁能否生電”的想法，終于發(fā)現電磁感應現象，導致了電氣化時(shí)代的誕生。
(六)對實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行理想化處理建立模型，培養抽象思維能力
所謂理想化，就是把客體抽象成模型的思維方法。為了剖析復雜繁瑣的物理現象，物理學(xué)家通常取用簡(jiǎn)單化的方法，對客體進(jìn)行科學(xué)化、邏輯化的抽象。在制約著(zhù)研究對象的眾多主次因素里，把作用小并且不影響本質(zhì)的次要因素予以刪略，將事物抽象成只具有不影響原事物功能和特質(zhì)的核心因素的模型。理想化是物理學(xué)中最重要的科學(xué)方法之一，中學(xué)物理教材幾乎全都是在理想化思想指導下取得的人類(lèi)智慧的結晶。自由落體運動(dòng)、拋體運動(dòng)、勻強電場(chǎng)等等，無(wú)一不是理想化的過(guò)程或模型。
(七)巧妙類(lèi)比，遷移知識建立模型，培養學(xué)生聯(lián)想思維能力
類(lèi)比是從兩類(lèi)不同事物之間找出某些相似關(guān)系的思維方法，它的本質(zhì)的、深刻的特征，就在于要求突出地抓住類(lèi)比對象之間的“關(guān)系”相似，根據兩個(gè)對象部分屬性相似或相同，從而推出另一些屬性也可能相似或相同的一種科學(xué)方法。聯(lián)想類(lèi)比作為一種策略，在引導學(xué)生解決物理實(shí)際問(wèn)題時(shí)也起著(zhù)不可低估的作用。在解決具有創(chuàng )新能力的新題型時(shí)，要通過(guò)對題設信息的分析，探索出試題設問(wèn)的實(shí)際問(wèn)題與中學(xué)物理學(xué)科知識的相同點(diǎn)或相似點(diǎn)，將所學(xué)的知識遷移到新情境中去。通過(guò)聯(lián)想類(lèi)比，可以喚醒記憶，溝通新舊知識之間的聯(lián)系，從而化難為易，化隱為顯，化生疏為熟悉，從而使問(wèn)題得以解決。
(八)運用估算法建立模型，解決實(shí)際問(wèn)題
物理估算，是指對物理量的大致數值范圍或數量級進(jìn)行科學(xué)的推算方法。求解物理估算問(wèn)題，往往能夠體現是否有明確的物理思想以及求解物理問(wèn)題的靈活方法，也往往體現出是否具有優(yōu)良的科學(xué)素質(zhì)。估算與精確計算相比，不是降低而是提高了對運用數學(xué)解決物理問(wèn)題能力的要求。學(xué)生往往具有一種單純追求精確計算而忽視估算的傾向，一遇到已知數值“給的不夠”的問(wèn)題時(shí)，就放棄了解決問(wèn)題的努力。事實(shí)上，許多這類(lèi)問(wèn)題是能夠根據物理規律并通過(guò)估算得出令人滿(mǎn)意的結果的。
一般來(lái)說(shuō)，在簡(jiǎn)要說(shuō)明物理估計問(wèn)題過(guò)程中，所給的已知數據是有時(shí)很少，有時(shí)太多，這些已知量和未知量之間的關(guān)系還遠未明朗，往往夾雜一些干擾因素。因此，解決實(shí)際的物理問(wèn)題時(shí)，我們必須先仔細分析預設的物理現象，對給定的物理情景進(jìn)行深入的分析，抽象出物理過(guò)程的本質(zhì)，明確解決的知識范圍的問(wèn)題，澄清有關(guān)概念，適當的選擇物理定律，應用物理知識實(shí)現準確定位，從而達到解決問(wèn)題的目的。
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